發(fā)布時(shí)間：2020-04-01 07:44

【摘要】：超表面具可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光的偏振、相位、振幅、強(qiáng)度的調(diào)控等等,因此具有廣泛的應(yīng)用,例如:實(shí)現(xiàn)對(duì)于光的百分百吸收、調(diào)節(jié)散射光相位、偏振方向操控、光聚焦、全息成像等等。在表面增強(qiáng)紅外吸收領(lǐng)域,因?yàn)榧t外吸收與電場(chǎng)的平方成正比,所以需要借助超表面實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的場(chǎng)增強(qiáng)。在折射率傳感器領(lǐng)域,需要設(shè)計(jì)出品質(zhì)因子較高的傳感器,這需要吸收峰的半高寬是極小的,所以需要借助超表面來產(chǎn)生半高寬較小的利用等離激元的器件。以往的光柵往往是結(jié)構(gòu)固定的,如需變更光的傳播方向,需要手動(dòng)或旋轉(zhuǎn)光柵,但超表面與石墨烯相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于光的傳播方向的調(diào)節(jié)。所以在本文中,主要涉及了三個(gè)方面:(一)表面增強(qiáng)紅外吸收的發(fā)展受到了兩個(gè)方面的限制:一個(gè)是場(chǎng)增強(qiáng)因子,一個(gè)是金屬共振器的共振波長(zhǎng)的帶寬較小。有鑒于此,提出了一種新月共振器與石墨烯相結(jié)合的結(jié)構(gòu)來解決這兩個(gè)問題。新月共振器與開口環(huán)共振器結(jié)構(gòu)類似,但是具有較高的場(chǎng)增強(qiáng)因子,第二章系統(tǒng)地研究了石墨烯對(duì)于新月共振器的場(chǎng)增強(qiáng)的影響,也研究了石墨烯對(duì)于新月共振器的共振波長(zhǎng)的影響。并且,發(fā)現(xiàn)了新月共振器的等離激元與石墨烯的傳播的等離激元相互作用的現(xiàn)象。等離激元波的干涉,導(dǎo)致了新月的間隙的場(chǎng)增強(qiáng)因子更大,并且發(fā)現(xiàn)整個(gè)石墨烯表面存在場(chǎng)增強(qiáng),這與以往的金屬等離激元的性質(zhì)不一樣。(二)金屬-絕緣體-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)的等離激元間隙模式對(duì)于實(shí)現(xiàn)折射率傳感器是有前途的。這主要是因?yàn)槠渚哂薪咏�百分百的吸收。然�?間隙模式的傳感性能受限于其較寬的共振帶寬,較寬的共振帶寬對(duì)應(yīng)的是較大的能量損耗。有鑒于此,提出一種基于MIM結(jié)構(gòu)的方塊形陣列用于同時(shí)激發(fā)表面等離激元與瑞利反常模式。并且,證明了它們?cè)趥鞲猩系木哂袃?yōu)異的性能。對(duì)于瑞利反常模式而言,其靈敏度達(dá)到了1470nm/RIU,其半高寬達(dá)到了0.23納米。其品質(zhì)因子達(dá)到了6400(按照波長(zhǎng)移動(dòng)方式去計(jì)算)或58000(按照強(qiáng)度變化方式去計(jì)算)。這兩個(gè)伍德反�，F(xiàn)象具有相反的角度依賴特性。這可以用表面波的相反的傳播方向來解釋。(三)在過去數(shù)十年,石墨烯等離激元由于其具有較低的能量損耗并且具有可調(diào)節(jié)的共振波長(zhǎng),受到了廣泛關(guān)注。然而,石墨烯與入射光的相互作用較弱,這是用于石墨烯的載流子密度較低且石墨烯的厚度較小。這嚴(yán)重地限制了石墨烯等離激元的實(shí)際應(yīng)用。在紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi),石墨烯可以作為一種可調(diào)節(jié)的物質(zhì),用以調(diào)節(jié)金屬等離激元的共振波長(zhǎng)與損耗。這已經(jīng)成功地應(yīng)用于調(diào)節(jié)光強(qiáng)度與調(diào)節(jié)光相位。有鑒于此,提出一種可調(diào)節(jié)光柵。此光柵是由若干相位比特組成的正方形光柵。每個(gè)相位比特包括了金屬環(huán)共振器與石墨烯與金屬反射層與電極。通過調(diào)節(jié)電壓,來改變反射光的相位,相位差為0或π,這個(gè)較大的相位調(diào)節(jié)的出現(xiàn)是因?yàn)槭�墨烯與金屬等離激元的相互作用,通過改變不同位置的相位比特的反射光的相位,來實(shí)現(xiàn)對(duì)于光的傳播方向的調(diào)節(jié)。這就是可調(diào)光柵的原理。
【圖文】：

圖 1.1 表面等離極化激元與局域表面等離激元共振的區(qū)別[46]。表面等離極化激元）的特點(diǎn)是金屬與入射光相互作用，電子并將這種震蕩模式傳播出去。傳播距離大概是數(shù)十微米左右。分構(gòu)成，一部分是產(chǎn)生輻射的能量損耗，，另一部分是金屬吸收。電磁場(chǎng)在垂直方向上成指數(shù)衰減。金屬表面會(huì)有場(chǎng)增強(qiáng)，增十倍左右。其原理類似于將石頭投擲在湖中，水波向周圍擴(kuò)散（局域表面等離激元共振）的特點(diǎn)是尺寸小的金屬結(jié)構(gòu)被入射場(chǎng)會(huì)驅(qū)使價(jià)電子以同樣頻率震蕩。電子云會(huì)相對(duì)于原子核發(fā)生第二章到第四章的器件的尺寸通常小于波長(zhǎng)或約等于波長(zhǎng)。所P（表面等離極化激元），也有 LSPR（局域表面等離激元共振個(gè)章節(jié)內(nèi)容安排
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH74;TP212

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本文編號(hào)：2610165